国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展

第34卷第5期华北电力大学学报2007年9月JournalofNorthChinaElectricPowerUniversityVolSep134,No1,200715国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展欧阳予1,汪达升2(1.中国核工业集团公司,北京100822;2.华北电力大学教务处,北京102206)摘要:核电是一种清洁、安全、技术成熟、供应能力强、能大规模应用的发电方式,国际核能的应用经历了对核电机组的从第一代到第三代不断改进的过程,目前,国际第四代核能利用系统研究提出了反应堆设计和核燃料循环方案的新概念,我国核电已由起步进入发展阶段,具有自主设计建造第二代核电的能力,我国已做出积极推进核电发展的重大决定,加快我国核电建设,提高核电在电力供给中的比重,这将有助于缓解电力增长与交通运输、环境保护的矛盾,核能利用的发展前景将越来越广阔。关键词:核能应用;前景展望;核电发展中图分类号:TL4文献标识码:A文章编号:1007-2691-(2007)05-0001-10InternationalnuclearpowerapplicationanditsprospectforecastandourcountrynuclearelectricitydevelopmentOUYang2yu1,WANGDa2sheng2(1.Chinesenuclearindustrygroupcompany,Beijing100822;2.NorthChinaelectricpoweruniversityschooladministrationoffice,Beijing102206)Abstract:Thenuclearelectricityisonekindclean,thesecurity,thetechnologymature,thesupplyabilityisstrong,canthelarge2scaleapplicationelectricitygenerationway,Theinternationalnuclearpowerapplicationhasexperiencedtothenuclearelectricalmachineryfromthefirstgenerationtheprocesswhichunceasinglyimprovestothethirdgenera2tion,Atpresent,Theinternationalfourthgenerationofnuclearpowerproposedthereactordesignandthenuclearfuelcirculationplannewconceptusingthesystemresearch,Theourcountrynuclearelectricityenteredthedevelopmentphasebythestart,hastheindependentdesigntoconstructthesecond2generationnuclearelectricitytheability,Ourcountryhasmadepositivelyadvancesthenuclearelectricitydevelopmentthewisedecision,Speedsupourcountrynuclearelectricityconstruction,enhancesthenuclearelectricityinelectricpowersuppliesproportion,thiswillbehelpfultoalleviatestheelectricpowergrowthandthetransportation,theenvironmentalprotectioncontradiction,Thenuclearpoweruseprospectsfordevelopmentmoreandmorewillbebroad.Keyword:NuclearpowerapplicationProspectforecastNuclearelectricitydevelopment20世纪60年代中期,在试验性和原型核电0引言核能的和平利用始于20世纪50年代,那时美国、前苏联等工业发达国家在进行核军备竞赛的同时,也竞相发展核电站。1954年,前苏联建成电功率为5000kW的试验性原子能电站,为世界上首座核电站;1957年,美国建成电功率为90000kW的希平港原型核电站;这些成就证明了利用核能发电的技术可行性。国际上把上述试验性和原型核电机组称为第一代核电机组。收稿日期:2007206215.机组基础上,陆续建成电功率在30万kW以上的压水堆、沸水堆、重水堆等核电机组,它们在进一步证明核能发电技术可行性的同时,使核电的经济性也得以证明———可与火电、水电相竞争。20世纪70年代,因石油涨价引发的能源危机促进了核电的发展,目前世界上商业运行的400多座核电机组绝大部分是在浙段时期建成的,称为第二代核电机组。1979年三里岛核电事故以前,人们普遍认为核电是安全清洁的能源。1979年和1986年分别2华北电力大学学报2007年发生在三里岛和切尔诺贝利核电站的严重事故使核电事业发展进入低潮,社会公众对核电安全性提出广泛质疑,电业投资者也放慢了投资步伐。但中国、法国、日本和韩国等国家发展核电事业的方针仍然没有改变,而是从如何改进安全性和经济性的角度来考虑问题,不“因噎废食”。20世纪80年代,虽然美国撤销了不少拟建核电项目,但没有放弃发展核电事业的可行性研究。美国能源部和电力研究院的研究结果认为:以已有核电经验和技术水平为基础,美国能够设计出新一代核电机组,其安全性能为社会公众和电力投资者所认可,其经济性具备参与市场竞争的能力。进而美国电力研究院于20世纪90年代出台了“先进轻水堆用户要求”文件,即URD文件(UtilityRequirementsDocument),用一系列定量指标来规范核电站的安全性和经济性。欧洲出台的“欧洲用户对轻水堆核电站的要求”,即EUR(EuropeanUtilityRequirements)文件,也表达了与URD文件相同或相似的看法。国际原子能机构也对其推荐的核安全法规(NUSS系列)进行了修订补充,进一步明确了防范与缓解严重事故、提高安全可靠性和改善人为因素工程等方面的要求。切尔诺贝利事故已经过去20年,期间世界400多座核电机组又积累了8000多堆.年的运行经验,且无重大事故发生。这说明核电站改进措施已见成效,核电安全性和经济性都有所提高。但公众和用户仍对发展核电事业有些许疑虑,因而必须着力解决以下问题:(1)进一步降低堆芯熔化和放射性向环境释放的风险,使发生严重事故的概率减小到极至,以消除社会公众的顾虑;(2)进一步减少核废料(特别是强放射性和长寿命核废料)的产量,寻求更佳的核废料处理方案,减少对人员和环境的剂量影响;(3)降低核电站每单位kW的造价和缩短建设周期,提高机组热效率和可利用率,提高寿期,以进一步改善其经济性。美国URD文件、欧洲EUR文件和国际原子能机构NUSS建议法规修定第二版就主要依据上述目标而提出的。国际上通常把满足URD文件或EUR文件的核电机组称为第三代核电机组。预计2010年前,第三代核电机组将进行商用建造和推广。与此同时,为了从根本上解决核能利用的必要性、可行性和可持续性,以美国为首的一些工业发达国家已经联合起来进行第四代核能利用系统的概念设计和研究开发工作,力图在2030年左右能够商用建造。1对第二代核电机组的改进20世纪80,90年代以来,各国对现正运行的第二代核电站为提高安全性和经济性而进行的技术改进取得了显著成效。以美国为例,他们在研究开发新型核电机组的同时,毫不放松对现在正在运行的第二代核电机组的改进和提高效益,并已取得显著成绩。对这些机组的改进是从以下几个方面着手的:(1)改进机组安全、运行性能。通过改进安全系统,加强运行管理,改善人机接口,提高安全文化等以减少停堆次数和出现异常事件次数,增强安全性;采用“风险信息己知的在役检查方式”(Riskinformedinserviceinspection)等完善核电维修技术。通过这些改进使核电机组的可利用率从20世纪70年代初的60%左右提高到了现在的约90%。实践证明,机组安全性的提高和经济性的提高是可以相辅相成的;安全系统的改善和人员安全文化的提高必然促进机组的稳定连续运行,从而提高效率和利用率,在经济上也得到好处。(2)发挥机组设计裕量,提高额定功率。在核电机组设计时,由于考虑一些不确定性,都留有相当的裕量,在对运行经验数据进行仔细分析后,这些不确定性就可相对确定,裕量就可发挥出来;因此,可以在保证安全指标的前提下提高机组额定功率。美国已有50多座机组都通过这些改进使额定功率得到不同程度的提高。(3)延长机组寿期。核电机组一般设计寿命为40年,现在各国都认为这个寿期是可以延长的,都在考虑延寿的问题。美国核管理委员会已为此制定了管理导则,并已审批通过了40多座核电机组寿命由40年延至60年,而现在申请延期者仍络绎不绝,这是因为延寿的利益是十分显著的:据测算机组延寿每kW的代价为250＄到750＄,而目前新建机组的造价为每kW1500＄至2000＄;何况如果机组不延寿,到期就要退役,面对退役拆除费不低于400＄/kW。第5期欧阳予,等:国际核能应用及其前景展望与我国核电的发展3据称,延寿后的发电成本可降低到022(1222188＄/kWh。第三代核电机组发展目标第三代核电机组的设计原则为:以第二代核电机组积累技术储备和运行经验为基础,针对其不足之处,济性的考虑将原单机容量65万kW的AP-600型机组发展为约120万kW的AP-1000型机组。日本三菱提出的NP-21型压水堆核电机组的电功率为170万kW,俄罗斯也正在设计的VVER型第三代核电机组功率为150万kW。215采用整体数字化控制系统国外近年来新建成投产的核电机组,如法国的N4、英国的Sizewell、捷克的Temelin、日本的ABWR均采用了数字化仪控系统。经验证明,采用数字化仪表控制系统可显著提高可靠性,改善人因工程,避免误操作。世界各国核电设计和机组供应商提出的第三代核电机组无一例外地均采用整体数字化仪表控制系统。我国10MW高温气冷试验堆和田湾核电站均已采用整体数字化控制系统。216施工建设模块化以缩短工期核电建设工期的长短对其经济性有显著影响。因此,新的核电机组从设计开始就考虑如何缩短工期。有效办法之一就是改变传统的把单项设备逐一运往工地安装方式,向模块化方向发展:以设计标准化和设备制造模块化的方式尽可能在制造厂内(条件较工地好)组装,减少现场施工量以缩短工期。美国和日本联合建设的AB2WR机组已成功地采用了这种技术。美国AP-1000也将采用模块化设计、建造技术,其工期可缩短为48个月。德国、美国、南非正在研究设计的高温气冷堆,也是往模块化方向发展。目前,国际上开发的第三代核电堆型均为热中子堆,如压水堆、沸水堆、高温气冷堆。这是因为目前仅热中子堆有把握在近期实现商用化。我国已明确第三代核电的堆型是电功率百万kW以上的压水堆。就压水堆而言,国际上比较成熟的第三代大型核电机组有AP-1000、EPR和System80+3个型号。System80+虽已通过美国核管会批准,但由于安全系统应用非能动太少,美国已放弃使用。美国西屋公司AP-1000和法国法马通公司的EPR虽都满足第三代核电机组的设计要求,但各有优缺点:EPR的单机功率(约160万kW)大于AP-1000的单机功率(约120万kW),但它的能动安全系统比传统的能动安全系统更加复杂,不如AP-1000的非能动安全系统先进。2001年4月,美国政府在其《能源政策报4华北电力大学学报2007年告》再次表明了支持发展核电的决心,指出发展核电是美国能源政策的重要组成部分。目前,美国工业界在能源部的支持下,正在从比较成